Vzhledem k tomu, že elektronika bzučí směrem k internetu věcí, komunikaci mezi stroji a připojeným zařízením, návrháři neustále hledají úžasný způsob komunikační techniky pro výměnu informací mezi dvěma elektronickými zařízeními. I když již existuje spousta možností na výběr jako BLE, NFC, RFID, LoRa, Sigfox atd., Společnost s názvem Chirp vyvinula SDK, která umožňuje výměnu dat přes zvuk jednoduše pomocí reproduktoru zařízení a mikrofonu bez nutnosti párování. Kromě toho je SDK nezávislá na platformě a podporuje také datovou komunikaci s nízkou spotřebou.
SDK kóduje data do jedinečného zvukového streamu a přehrává je přes reproduktor zařízení. Tento zvukový tok lze poté vyzvednout jakýmkoli zařízením pomocí mikrofonu a dekódovat je, aby se získala skutečná zpráva. SDK je multiplatformní a již mimo jiné podporuje Android, iOS, Windows a python. Může být také použit na platformách mikrokontrolérů, jako je ARM, a podporuje vývojovou platformu jako ESP32 a Raspberry Pi. Chcete-li se dozvědět více o společnosti Chirp a jejích možných aplikacích, Circuit Digest se obrátil na Dr. Daniela Jonese - technického ředitele společnosti Chirp, aby probral několik otázek. Odpovědi, které jsou shrnuty níže
1. Co je to za technologií chirp a jak to funguje?
Chirp je způsob přenosu informací pomocí zvukových vln. Na rozdíl od Wi-Fi nebo Bluetooth, které používají rádiové frekvence, Chirp kóduje data v tónech, které lze přehrávat (přenášet) pomocí libovolného počítačového reproduktoru a přijímat pomocí libovolného počítačového mikrofonu, aniž by bylo nutné mít jakýkoli další hardware, například RF čipy. To umožňuje Chirp používat na jakémkoli spotřebitelském zařízení, které má v sobě reproduktor a mikrofon, jako jsou mobilní telefony, notebooky, PA systémy atd. A může přenášet informace dokonce prostřednictvím YoutTube streamu nebo televizního vysílání.
Zakódované zvukové tóny přehrávané reproduktorem jsou citlivé na člověka a zní to jako malý kousek digitální ptačí písně, odtud název „cvrlikání“. Můžeme však také využít skutečnost, že počítačový reproduktor a mikrofon mohou ve skutečnosti pracovat také s ultrazvukovými frekvencemi, které jsou pro lidské uši neslyšitelné, tímto způsobem můžeme také přenášet informace přes zvuk, který neslyšíme.
2. S tolika bezdrátovými komunikačními protokoly kolem nás, jako jsou BLE, NFC, RFID, LoRa atd. Proč stále potřebujeme cvrlikání? Co je na tom jedinečné?
Jedním z důvodů bude Chirpovo extrémně nízké tření. Na rozdíl od Bluetooth nebo Wi-Fi mohu pomocí Chirpu okamžitě zahájit komunikaci mezi mnoha lidmi a sdílet zprávu se všemi kolem mě, aniž bych s nimi musel spárovat. Mnohem snazší je rychle a snadno sdílet něco všem v místnosti nebo kolem stolu. Je to velmi užitečné pro spojení s lidmi, se kterými jsem se dosud nesetkal, nebo pro interakci se strojem, se kterým jsem se dříve možná nesetkal. Například otevření inteligentní skříňky nebo sdílení vizitky atd.
Kromě toho často vidíme, že Chirp je používán také v komunikaci Peer to Peer. Například Shuttl, indická autobusová společnost, používá Chirp mezi řidičem autobusu a cestujícím, aby zkontroloval, zda osoba nastoupila do autobusu a zda byl její lístek uplatněn.
3. Je možné nastavit síťovou komunikaci s Chirp? Mohu komunikovat s více zařízeními?
Ano, jedna z klíčových věcí, kterou si musíte pamatovat, je, že jde o příliš mnoho typů komunikace, což znamená, že cokoli v okolí, které je ve slyšitelném dosahu našeho vysílače, uslyší zvuk a přijme data. To má výhody i omezení. Výhodou je, že sdílení multicastu je velmi snadné. U věcí, jako je síťová síť, by to možná fungovalo, ale budete potřebovat posloupnost přijímačů v dosahu jednoho druhého. Obvykle tedy máme tendenci používat chirp více pro jeden až mnoho scénářů vysílání.
4. Jak může Chirp fungovat bez jakéhokoli párování? Vede to k problémům se zabezpečením dat?
Máme velmi malou ukázkovou aplikaci s názvem „Chirp Messenger“ (k dispozici v obchodech Android a iOS), která ukazuje, jak funguje naše SDK. Chcete-li odeslat zprávu, může uživatel napsat zprávu a stisknout odeslat, čímž se zpráva vloží do slyšitelného tónu a přehraje se přes reproduktor telefonu. Takže jakékoli zařízení v okolí, na kterém běží naše vývojová sada, může přijímat tyto zvukové tóny pomocí mikrofonu. Tyto zvukové tóny jsou dekódovány na základní frekvenci a je použita korekce chyb k vyrovnání účinků šumu a zkreslení za účelem získání skutečné zprávy. Tímto způsobem Chirp zcela uvolní vše, co je potřeba, je slyšet tóny a dekódovat je.
Existují některé bezpečnostní důsledky, které lze použít při odesílání citlivých dat přes Chirp, například vrstvení některých funkcí zabezpečení do stávajícího protokolu. Protože Chirp je pouze přenosové médium, můžete do těchto tónů vložit cokoli. Například můžete použít šifrování RSA nebo AES k zašifrování dat před odesláním přes čip a poté je dešifrovat pomocí kryptografie veřejného klíče.
5. Je Chirp dostatečně malý na to, aby se dal použít s nízkoenergetickými integrovanými řadiči? Kolik energie spotřebuje?
Snažíme se co nejvíce optimalizovat naši SDK. Máme úžasný integrovaný tým DSP, který ořezává všechny zbytečné bity a bajty kódu, aby snížil cyklus CPU. Důvodem je to, že jednou z velkých oblastí, ve které vidíme absorpci, je zabudovaný čip pole. Zejména pokud chcete komunikovat s IoT zařízením s nízkým výkonem a nízkou specifikací. Naše SDK může dokonce běžet na procesoru ARM Cortex M4 běžícím na frekvenci 90Mhz s méně než 100kB RAM.
Měření výkonu na řadičích Cortex-M4, měřeno na našich vývojových deskách, bylo kolem 20 mA při aktivním poslechu a méně než 10 uA v režimu probuzení na zvuk s 90 M cykly za sekundu. Režim Wake-on-Sound využívá mikrofony s velmi nízkou spotřebou od výrobce Vesper, který na mikrofonu vyrábí vždy nulovou energii. Tímto způsobem bude mikrofon aktivně vypisovat zvuk a když uslyší chrip, probudí ovladač Cortex z režimu spánku, aby dekódoval data.
6. Jaký by byl komunikační rozsah a užitečné zatížení pro Chirp Communication?
Pokud jde o rozsah, vše závisí na tom, jak hlasitě je signál přenášen reproduktorem. Čím vyšší je hlasitost vysílání, tím větší je dosah, je to proto, že pro příjem informací, které by jej mikrofony musely nejprve poslouchat. Dosah můžeme ovládat jednoduše ovládáním úrovně akustického tlaku vysílacího zařízení. Na vzdáleném konci můžete vysílat cvrlikání na celý stadion a přenášet vaše data stovky metrů daleko, nebo můžete snížit hlasitost reproduktoru a přenášet vaše data v místnosti.
Pokud jde o datovou rychlost, akustický kanál je hlučný, a proto nejde o rychlost, kterou by bylo možné použít k soutěžení s Bluetooth nebo Wi-Fi. Mluvíme o stovkách bitů za sekundu, ne o megabitech. Což znamená, že Chirp je doporučen pro použití k odesílání malých dat, jako jsou hodnoty tokenů atd. Naše nejrychlejší protokoly běží rychlostí 2,5 kb / s, ale jsou to scénáře stylu NFC s krátkým dosahem. Ve velmi dlouhém rozsahu by rychlost přenosu byla 10 bitů za sekundu.
7. Jelikož jsou data vyměňována pomocí zvukových vln, jak bude imunní vůči okolnímu hluku?
Je zřejmé, že prostředí kolem nás je neuvěřitelně hlučné, od restaurací po průmyslové scénáře je vždy přítomný hluk v pozadí. Původně jsme vyšli z výzkumu University College London, Computer Science Lab, který se primárně zabýval problémem akustické komunikace v hlučném prostředí. A máme několik doktorandů a profesorů, kteří se snaží tento problém vyřešit. Na toto se zaměřuje spousta výzkumů a v této oblasti máme několik patentů.
Důkazem toho je, že jsme úspěšně působili v jaderné elektrárně zde ve Velké Británii. Přivedla nás společnost s názvem EDF energy k odesílání ultrazvukových užitečných zátěží přesahujících 80 metrů v neuvěřitelně ohlušujících prostředích na pozadí až do 100 decibelů, které musíme nosit obránci. Přesto jsme byli schopni dosáhnout 100% integrity dat během 18hodinového testu zařízení.
8. Jaké jsou další hardwarové platformy s nízkou spotřebou energie, které bude Chirp podporovat?
Již máme stabilní SDK pro ARM Cortex M4 a M7 a dále pracujeme na odesílání pouze SDK pro ARM Cortex M0, což je procesor s pevnou řádovou čárkou, který nemá architekturu s plovoucí desetinnou čárkou. Podporujeme také ESP32 prostřednictvím platformy Arduino a také jsme začali hledat podporu FPGA pro extrémně efektivní procesy.
9. Kde se chirp aktuálně používá, můžete nám uvést několik příkladů použití?
Detekce blízkosti je opravdu dobrá aplikace. Protože jen lidé ve vašem okolí slyší vaše cvrlikání, lze je použít jako heuristiku ke zjištění, kdo je kolem vás. Chirp je využíván obrovskou sociální herní platformou zvanou Roblox jako způsob, jak mladí hráči detekují další lidi v jejich blízkosti, a to efektivně pomocí ultrazvukových cvrlikání. Tímto způsobem mohu vytáhnout svůj mobil a bude fungovat jako ultrazvukový maják, který objeví ostatní hráči v místnosti a zahájí herní relaci.
Rovněž se chystáme zahájit partnerství s významnou společností pro zasedací místnosti, abychom jim pomohli s navigací uvnitř budov pomocí Chirpu. Když procházíte z místnosti do místnosti v budově, je docela důležité, aby vaše zařízení vědělo, ve které místnosti se nacházíte. S touto organizací používáme chirp jako způsob, jak pro váš notebook nebo mobilní telefon zjistit, ve které místnosti se právě nacházíte a vám umožní navázat spojení s konferenční místností.
10. Jaké jsou licenční podmínky pro Chirps SDK? O jaký druh věrnosti jde?
Pro menší firmy, fandy a kutily je Chirp zcela zdarma až pro 10 000 aktivních uživatelů měsíčně. Je to proto, že opravdu chceme vidět lidi, kteří používají naši technologii, a vývojářská komunita s nimi experimentuje. Kromě toho chceme také podpořit malé podnikání. U větších podniků a zákazníků máme tendenci účtovat jim roční poplatek